Ионный обмен

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Ионный обмен

Содержание

2. Гетерогенный ионный обмен (ионообменная сорбция) Процесс обмена ионами между раствором и поверхностью твердой фазы. Реагент, применяемый
3. Классификации ионитов По знаку заряда обменивающихся ионов: катиониты; аниониты. По происхождению: природные; искусственные (синтетические). Практическое значение
4. Классификации ионитов По активности различают следующие виды ионитов: сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы (SO3H); сильноосновные аниониты, содержащие
5. Обменная емкость полная емкость ионита - количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить
6. Реакция ионного обмена с участием катионитов Н-катионирование Na-катионирование Ме+ - катион, находящийся в сточной воде; [К]
7. Регенерация катионитов Осуществляется промывкой регенерирующими растворами. Для восстановления Н-катионитов применяют растворы кислот, а для восстановления Nа-катионитов
8. В природной и сточной воде, как правило, содержится несколько катионов. Поэтому большое значение для очистки этих
9. Реакция ионного обмена с участием анионитов Слабоосновные аниониты поглощают анионы сильных кислот, на пример [А] -
10. Регенерация анионитов Регенерация слабоосновных анионитов осуществляется фильтрованием через слой анионита 4 ÷ 6%-ных водных растворов NaOH,
11. Процесс ионного обмена осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия. К аппаратам периодического действия относятся фильтры.
12. На продолжительность фильтроцикла существенное влияние оказывает содержание в воде взвешенных веществ. Поэтому перед подачей обрабатываемой воды
13. Ионообменный аппарат непрерывного действия 1 - трубопровод подачи воды; 2 и 3 - устройства для транспортирования
14. Основы расчета
15. Расчет катионитовых фильтров
16. Объем катионита Q - расход очищаемых вод, м3/ч; - суммарная концентрация катионов в очищаемой сточной воде,
17. Суммарная площадь катионитовых фильтров v - скорость фильтрования, м/ч; Нк - высота слоя катионита, м. Количество
18. Основные расчетные характеристики Скорость фильтрования - 8 ÷ 20 м/ч; Высота слоя катионита - 2 ÷
19. Расчет анионитовых фильтров
20. Объем анионита - суммарная концентрация анионов в обрабатываемой воде, г-экв/м3; - допустимая суммарная концентрация анионов в
21. Расчет ионообменных колонн с псевдоожиженным слоем ионита
22. Суммарная площадь сечения ионообменных колонн Q - расход сточных вод, м3/ч; vопт - оптимальная скорость фильтрования
23. Общее количество ионита в колоннах t - продолжительность рабочего цикла ионообменной колонны между двумя регенерациями, ч.
25. Скачать презентацию

Слайд 2

Гетерогенный ионный обмен (ионообменная сорбция)
Процесс обмена ионами между раствором и поверхностью

твердой фазы.
Реагент, применяемый при этом (твердая фаза), называют ионитом.
Методом ионного обмена извлекают и утилизируют ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть, и другие металлы), ПАВ и радиоактивные вещества. Этот метод позволяет очищать природные и сточные воды до ПДК.

Слайд 3

Классификации ионитов
По знаку заряда обменивающихся ионов:
катиониты;
аниониты.
По происхождению:
природные;
искусственные (синтетические).
Практическое значение имеют

неорганические природные и искусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных металлов. Также применяют иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы и лигнина. Ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам - ионообменным смолам.

Слайд 4

Классификации ионитов
По активности различают следующие виды ионитов:
сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы (SO3H);
сильноосновные аниониты,

содержащие четвертичные аммониевые основания (NH4OH);
слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные (СООН) и фенольные (СбН5ОН) группы, диссоциирующие при рН > 7;
слабоосновные аниониты содержащие первичные (NH2) и вторичные (NH) аминогруппы, диссоциирующие при рН < 7;
иониты смешанного типа, проявляющие свойства смеси сильных и слабых кислот или оснований.

Слайд 5

Обменная емкость
полная емкость ионита - количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов,

которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения;
рабочая емкость ионита - количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.

Слайд 6

Реакция ионного обмена с участием катионитов
Н-катионирование
Na-катионирование
Ме+ - катион, находящийся в сточной

воде; [К] - сложный комплекс катионита.
Условия осуществления ионного обмена зависят от активности катионита. Сильнокислотные катиониты позволяют извлекать ионы при любых значениях рН, а слабокислотные - при рН > 7.

Слайд 7

Регенерация катионитов
Осуществляется промывкой регенерирующими растворами. Для восстановления Н-катионитов применяют растворы кислот,

а для восстановления Nа-катионитов - растворы хлористого натрия. Регенерация происходит в соответствии со следующими схемами:

Слайд 8

В природной и сточной воде, как правило, содержится несколько катионов. Поэтому

большое значение для очистки этих вод имеет селективность поглощения ионов. Для каждого вида катионита существует ряд катионов по энергии вытеснения. Например, для катионита КУ-2 этот ряд представляет следующее:

Слайд 9

Реакция ионного обмена с участием анионитов
Слабоосновные аниониты поглощают анионы сильных кислот,

на пример
[А] - сложный органический комплекс анионита
Для большинства анионитов ряд поглощающей способности выглядит следующим образом:

Слайд 10

Регенерация анионитов
Регенерация слабоосновных анионитов осуществляется фильтрованием через слой анионита 4 ÷

6%-ных водных растворов NaOH, Na2CО3 или NH4OH. К примеру, при использовании раствора гидроксида натрия восстановление ионита будет происходить по схеме

Слайд 11

Процесс ионного обмена осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия.
К аппаратам

периодического действия относятся фильтры. Они представляют собой закрытый цилиндрический резервуар с расположенным у днища щелевым дренажным устройством, предназначенным для равномерного отведения воды по всему сечению фильтра. Высота слоя ионита в этих сооружениях составляет 1,5 ÷ 3,0 м.
Ионообменные фильтры могут работать:
- по параллельноточной схеме, т.е. вода и регенерирующий раствор подаются сверху;
- по противоточной схеме, т.е. вода подается снизу, а регенерирующий раствор - сверху.

Слайд 12

На продолжительность фильтроцикла существенное влияние оказывает содержание в воде взвешенных веществ.

Поэтому перед подачей обрабатываемой воды на ионообменную установку следует обеспечить максимальное удаление этих веществ.
Природные и сточные воды, поступающие на ионообменные фильтры, должны удовлетворять следующим требованиям:
- содержание солей - не более 3000 мг/л;
- содержание взвешенных веществ - не более 8 мг/л;
величина ХПК - не более 8 мг/л.
Для воды, содержащей взвешенные вещества в количествах, превышающих 8 мг/л, применяют ионообменные колонны (фильтры) с псевдоожиженным слоем ионита.
При больших расходах воды применяют ионообменные аппараты непрерывного действия.

Слайд 13

Ионообменный аппарат непрерывного действия
1 - трубопровод подачи воды; 2 и

3 - устройства для транспортирования и отбора ионита; 4 - трубопровод подачи очищаемой воды; 5 - регулятор скорости потока воды в регенераторе; 6 - трубопровод подачи регенерирующего раствора; 7 - внутренний корпус для регенерации ионита; 8 - трубопровод выпуска послерегенерационного раствора; 9 - ионообменная колонна; 10 - воронка для приема отработанного ионита; 11 - трубопровод выпуска очищенной воды

Слайд 14

Основы расчета

Слайд 15

Расчет катионитовых фильтров

Слайд 16

Объем катионита
Q - расход очищаемых вод, м3/ч; - суммарная концентрация

катионов в очищаемой сточной воде, г-экв/м3;
- допустимая суммарная концентрация катионов в очищенной воде (глубина очистки), г-экв/м3; nрг - число
регенераций каждого фильтра в сутки, nрг ≤ 2; - рабочая обменная емкость катионита по наименее сорбируемому катиону, г-экв/м3.

Слайд 17

Суммарная площадь катионитовых фильтров
v - скорость фильтрования, м/ч; Нк -

высота слоя катионита, м.

Количество фильтров и высота слоя ионита определяются исходя из условий размещения их в помещении станции.
Потери напора в катионитовых фильтрах зависят от скорости фильтрования, высоты слоя загрузки и размера зерен ионита. Регенерация этих фильтров производится 7 ÷ 10%-ными растворами серной или соляной кислот. Последующая отмывка ионита осуществляется ионированной водой.

Слайд 18

Основные расчетные характеристики
Скорость фильтрования - 8 ÷ 20 м/ч;
Высота слоя катионита

- 2 ÷ 3 м;
Потери напора в катионитовых фильтрах - 4 ÷ 10 м;
Скорость протока регенерационных растворов - не более 2 м/ч;
Скоростью протока ионированной воды при отмывке ионита после регенерации - 6 ÷ 8 м/ч;
Удельный расход ионированной воды - 2,5 ÷ 3,0 м3 на 1 м3 загрузки фильтра.

Слайд 19

Расчет анионитовых фильтров

Слайд 20

Объем анионита
- суммарная концентрация анионов в обрабатываемой воде, г-экв/м3; -

допустимая суммарная концентрация анионов в очищенной сточной воде, г-экв/м3; - рабочая обменная емкость анионита,г-экв/м3.

Площадь фильтров

t - продолжительность работы каждого фильтра между регенерациями, ч.

Слайд 21

Расчет ионообменных колонн с псевдоожиженным слоем ионита

Слайд 22

Суммарная площадь сечения ионообменных колонн
Q - расход сточных вод, м3/ч;

vопт - оптимальная скорость фильтрования через псевдоожиженный слой ионита, м3/(м2⋅ч).

Требуемое количество воздушно-сухого ионита

Сн - исходная концентрация ионов одного знака в очищаемой сточной воде, кг-экв/м3; Ск - концентрация ионов одного знака в очищенной сточной воде, кг-экв/м3; Ед - динамическая обменная емкость ионита, кг-экв/т.

Слайд 23

Общее количество ионита в колоннах
t - продолжительность рабочего цикла ионообменной колонны

между двумя регенерациями, ч.

Объем загрузки ионообменных колонн до образования псевдоожиженного слоя ионита

ρн - насыпная плотность ионита, т/м3.

Высота набухшего слоя ионита до псевдоожижения составит

Ионный обмен

Содержание

Гетерогенный ионный обмен (ионообменная сорбция)Процесс обмена ионами между раствором и поверхностью

Классификации ионитовПо активности различают следующие виды ионитов:сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы (SO3H);сильноосновные аниониты,

Обменная емкостьполная емкость ионита - количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов,

Реакция ионного обмена с участием катионитовН-катионированиеNa-катионированиеМе+ - катион, находящийся в сточной

Регенерация катионитовОсуществляется промывкой регенерирующими растворами. Для восстановления Н-катионитов применяют растворы кислот,

В природной и сточной воде, как правило, содержится несколько катионов. Поэтому

Реакция ионного обмена с участием анионитовСлабоосновные аниониты поглощают анионы сильных кислот,

Регенерация анионитовРегенерация слабоосновных анионитов осуществляется фильтрованием через слой анионита 4 ÷

Процесс ионного обмена осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия.К аппаратам